專利名稱：功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，特別是涉及驅(qū)動(dòng)IGBT等功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，即用于抑制開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路。
背景技術(shù)：
下面，說明以往的功率半導(dǎo)體元件的IGBT的過電流保護(hù)的方法。當(dāng)過電流流過IGBT時(shí)，用比較器比較IGBT的柵電位和基準(zhǔn)電壓，只當(dāng)IGBT的柵極-發(fā)射極間電壓比基準(zhǔn)電壓上升時(shí)，比較器工作，使開關(guān)導(dǎo)通。據(jù)此，通過把柵電位箝位在齊納二極管的擊穿電壓和二極管的擊穿電壓，在過電流時(shí)，直到IGBT破壞之前的時(shí)間變長。此外，通過單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的工作，被斷開的開關(guān)即使當(dāng)IGBT的柵極-發(fā)射極間電壓下降，也不會(huì)再次導(dǎo)通(例如，參照專利文獻(xiàn)1，特開平4-165916號(hào)公報(bào)，第二頁)。
另外，說明在其他以往的裝置中的驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)例子，該驅(qū)動(dòng)電路具有利用過電流時(shí)的柵極-發(fā)射極間的電壓上升的保護(hù)裝置的功率半導(dǎo)體元件。以往的裝置具有光電耦合器，是把光電耦合器的輸出作為過電流檢測(cè)信號(hào)、斷開或限制功率元件的過電流的功率元件的過電流保護(hù)裝置。其中的光電耦合器把輸入一側(cè)插入到被插入負(fù)載電路中的功率元件的柵極和柵極驅(qū)動(dòng)直流電源的正極之間，不但限制過電流導(dǎo)致的功率元件的柵極電壓上升，而且能絕緣輸出由過電流引起的輸入一側(cè)的電流。另外，該光電耦合器由作為輸入一側(cè)的LED和作為輸出一側(cè)的光電晶體管構(gòu)成(例如，參照專利文獻(xiàn)2，第2674355號(hào)專利公報(bào)，P3，圖1)。
在這種的結(jié)構(gòu)的以往的裝置中，如果過電流時(shí)柵極電壓上升，LED就導(dǎo)通，光電晶體管把與LED的通電電流相應(yīng)的電流作為過電流的檢測(cè)信號(hào)，將其輸出到控制電路?？刂齐娐犯鶕?jù)該檢測(cè)信號(hào)的輸入，輸出控制信號(hào)，以便斷開或限制功率半導(dǎo)體元件的通電。另外，LED鉗制柵極電壓Vge的上升，也實(shí)現(xiàn)了抑制過電流的峰值電流的效果(例如，參照專利文獻(xiàn)2，第三頁，圖1)。

發(fā)明內(nèi)容
在由所述專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2代表的利用柵極-發(fā)射極間電壓的上升進(jìn)行過電流檢測(cè)的方式中，柵極-發(fā)射極間電壓需要有某種程度的上升，根據(jù)場(chǎng)合，能檢測(cè)到過電流的電流值要達(dá)到額定電流的數(shù)倍。因此，即使是功率半導(dǎo)體元件的額定電流以上，只要在能檢測(cè)為過電流的電流以下的電流流動(dòng)的狀態(tài)下，當(dāng)從外部輸入了斷開指令時(shí)，通常進(jìn)行斷開。因此，在電流斷開時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓有可能升高，可能會(huì)破壞裝置。特別是在離開功率半導(dǎo)體元件的地方發(fā)生短路的情況下，當(dāng)電流上升率di/dt低時(shí)，柵極-發(fā)射極間電壓到達(dá)檢測(cè)電平需要一定的時(shí)間，所以其間從外部輸入斷開指令的概率就變高，破壞裝置的可能性也就升高了。
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于獲得能用比所述以往例那樣的柵極-發(fā)射極間電壓上升程度的大電流低的電流電平進(jìn)行過電流檢測(cè)和保護(hù)斷開的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路。
本發(fā)明是用于驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，具有從外部輸入了輸入控制信號(hào)、并且進(jìn)行所述功率半導(dǎo)體元件導(dǎo)通/斷開的開關(guān)動(dòng)作的開關(guān)電路；檢測(cè)所述輸入控制信號(hào)、當(dāng)所述輸入控制信號(hào)指示斷開時(shí)，在所述功率半導(dǎo)體元件的密勒期間的幾乎開始時(shí)刻輸出取樣信號(hào)的取樣信號(hào)發(fā)生電路；與所述功率半導(dǎo)體元件的柵極線相連接、按輸入所述取樣信號(hào)的定時(shí)(時(shí)間分配)，檢測(cè)所述功率半導(dǎo)體元件的密勒電壓，當(dāng)所述密勒電壓為給定閾值以上時(shí)輸出過電流檢測(cè)信號(hào)的柵極電壓檢測(cè)電路；與功率半導(dǎo)體元件的柵極線相連接、接收來自所述柵極電壓檢測(cè)電路的所述過電流檢測(cè)信號(hào)，控制所述功率半導(dǎo)體元件的柵極電壓，使所述功率半導(dǎo)體元件以比通常更慢的速度斷開的柵極電壓控制電路。因此，根據(jù)取樣信號(hào)發(fā)生電路的動(dòng)作，只在關(guān)斷時(shí)，才使柵極電壓檢測(cè)電路工作和柵極電壓控制電路工作。另外，在平常高速地關(guān)斷，所以關(guān)斷損失小。另外，因?yàn)橥ㄟ^調(diào)節(jié)密勒電壓檢測(cè)電平，能改變過電流檢測(cè)電平，所以不用以往的大電流，即使是低電流，也能檢測(cè)過電流，能進(jìn)行抑制浪涌電壓的發(fā)生的過電流保護(hù)。


下面簡(jiǎn)要說明附圖。
圖1是表示本發(fā)明實(shí)施例1的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示IGBT關(guān)斷時(shí)的柵極電壓的波形的說明圖。
圖3是表示IGBT關(guān)斷時(shí)的集電極電壓的波形的說明圖。
圖4是表示IGBT關(guān)斷時(shí)的集電極電流的波形的說明圖。
圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施例2中的輸入控制信號(hào)和柵極電壓波形的說明圖。
圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的取樣波形的說明圖。
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例3取樣信號(hào)發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖8是表示本發(fā)明的實(shí)施例3的取樣波形的說明圖。
圖9是表示本發(fā)明實(shí)施例4的取樣信號(hào)發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施例4的取樣波形的說明圖。
圖11是表示本發(fā)明實(shí)施例5的取樣信號(hào)發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖12是表示本發(fā)明實(shí)施例6的取樣信號(hào)發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施例6的取樣波形的說明圖。
圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施例7的取樣信號(hào)發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖15是表示本發(fā)明的實(shí)施例8的取樣信號(hào)發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖16是表示本發(fā)明實(shí)施例9的取樣信號(hào)發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖17是表示本發(fā)明實(shí)施例10的取樣信號(hào)發(fā)生電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖18是表示本發(fā)明的實(shí)施例11的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖19是表示本發(fā)明的實(shí)施例11的定時(shí)檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖20是表示本發(fā)明的實(shí)施例12的柵極電壓檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖21是表示本發(fā)明的實(shí)施例13的柵極電壓檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖22是表示本發(fā)明的實(shí)施例14的柵極電壓檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖23是表示本發(fā)明的實(shí)施例15的柵極電壓檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖24是表示本發(fā)明的實(shí)施例16的柵極電壓檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖25是表示關(guān)斷IGBT時(shí)的簡(jiǎn)化的電路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖26是表示本發(fā)明的實(shí)施例17的柵極電壓檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖27是表示本發(fā)明的實(shí)施例18的柵極電壓檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖28是表示本發(fā)明的實(shí)施例19的柵極電壓檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖29是表示本發(fā)明的實(shí)施例20的柵極電壓檢測(cè)電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖30是分別表示不進(jìn)行控制時(shí)的IGBT關(guān)斷時(shí)的輸入控制信號(hào)的波形、集電極一發(fā)射極間電壓的波形、集電極電流的波形以及柵極電壓的波形的說明圖。
圖31是分別表示進(jìn)行控制時(shí)的IGBT關(guān)斷時(shí)的輸入控制信號(hào)的波形、取樣信號(hào)的波形、集電極一發(fā)射極間電壓的波形、集電極電流的波形、柵極電壓的波形的說明圖。
圖32是表示本發(fā)明實(shí)施例21的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是表示了本發(fā)明實(shí)施例1的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。在圖1中，100是進(jìn)行功率半導(dǎo)體元件的通/斷開關(guān)的主反相電路；7是參照來自輸入控制信號(hào)的信號(hào)，僅在關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生取樣信號(hào)的取樣信號(hào)發(fā)生電路；8是被連接到功率半導(dǎo)體元件的柵極線、根據(jù)后面描述的柵極電壓檢測(cè)電路的檢測(cè)結(jié)果、進(jìn)行柵極電壓控制的柵極電壓控制電路；9是被連接到功率半導(dǎo)體元件的柵極線、在輸入了所述取樣信號(hào)時(shí)檢測(cè)該時(shí)刻的柵極電壓的柵極電壓檢測(cè)電路；10是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)對(duì)象的功率半導(dǎo)體元件。在本實(shí)施例中，以IGBT為例進(jìn)行說明(下面，稱為IGBT10)。另外，1是電源，2是接地點(diǎn)，3是P溝道的溝道MOSFET，4、5是電阻，6是N溝道MOSFET，它們都設(shè)置在主反相器100內(nèi)。須指出的是，在圖1中，表示了主反相器100由電源1、接地點(diǎn)2、MOSFET3、電阻4和5、MOSFET6構(gòu)成的例子，但是并不局限于此，只要主反相器100具有反相器的功能，就可以是任意的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，并不局限于所述結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，如果改變邏輯，也可以是緩沖器的結(jié)構(gòu)。
下面，就動(dòng)作加以說明。首先，一向主反相器100輸入了輸入控制信號(hào)，取樣信號(hào)發(fā)生電路7就參照來自該取樣信號(hào)發(fā)生電路的信號(hào)，如果為關(guān)斷，就在(成為密勒期間的開始附近的)給定時(shí)間后產(chǎn)生取樣信號(hào)。而當(dāng)為導(dǎo)通時(shí)，不產(chǎn)生信號(hào)。據(jù)此，能只在關(guān)斷時(shí)工作。如果向柵極電壓檢測(cè)電路9輸入了該取樣信號(hào)，柵極電壓檢測(cè)電路9就檢測(cè)這時(shí)的柵極電壓(即密勒電壓)。當(dāng)由柵極電壓檢測(cè)電路9檢測(cè)到過電流流過IGBT10時(shí)，向柵極電壓控制電路8輸入給定的過電流檢測(cè)信號(hào)，進(jìn)行反饋。據(jù)此，只當(dāng)過電流時(shí)，柵極電壓被反饋控制，IGBT10被慢慢斷開。另外，因?yàn)槿有盘?hào)發(fā)生電路7在密勒期間的開始附近的時(shí)刻產(chǎn)生取樣信號(hào)，所以根據(jù)柵極電壓檢測(cè)電路9和柵極電壓控制電路8的工作，在通常時(shí)候，高速關(guān)斷，關(guān)斷損失小，當(dāng)過電流時(shí)，控制柵極電壓，慢慢關(guān)斷IGBT10，能減小關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓。
這里，圖2表示關(guān)斷時(shí)的柵極波形，圖表示集電極電壓波形，圖4表示集電極電流波形。
下面，使用圖2～圖4更詳細(xì)地說明關(guān)斷時(shí)的動(dòng)作。首先，為了關(guān)斷，在時(shí)刻T1向主反相器100的輸入端輸入了HIGH。因此，開關(guān)3斷開，開關(guān)6導(dǎo)通，IGBT10的柵極-發(fā)射極間電容中儲(chǔ)存的電荷通過電阻5和開關(guān)6向接地點(diǎn)2放電。因?yàn)殚_關(guān)6的導(dǎo)通電阻低而能忽略，這時(shí)的放電電流根據(jù)電阻5的大小決定，如圖2所示，柵極電壓開始減少。
一到時(shí)刻T2，通過IGBT的柵極-集電極間存在的反饋電容的位移電流開始從IGBT10的柵極流入。如圖2所示，柵極-發(fā)射極間電容的放電因此明顯停止，柵極電壓以幾乎一定的電壓VM變?yōu)楣潭ā?br> 一靠近時(shí)刻T3，就如圖3所示，IGBT10的集電極電壓開始增加。
過了時(shí)刻T3，由于IGBT的柵極-發(fā)射極間電容再次以由電阻5決定的電流放電，如圖2所示，柵極電壓開始下降。這時(shí)，如圖4所示，集電極電流被急劇地?cái)嚅_。
可是，在包含IGBT10的反相器等的主電路的布線中一定存在寄生電容LS。據(jù)此，在IGBT10的集電極端產(chǎn)生了由于急劇地?cái)嚅_了電流而導(dǎo)致的浪涌電壓(VCP-VC＝LS×dIC/dt)。因此，如圖3所示，集電極電壓波形一度變?yōu)榉逯惦妷篤CP后，變?yōu)楣潭ú蛔兊闹怠?br> 然后，因?yàn)樵跁r(shí)刻T4，IGBT10的柵極-發(fā)射極間電容的放電結(jié)束，所以柵極電壓變?yōu)?V。
因此，當(dāng)過電流流過IGBT10時(shí)進(jìn)行斷開的情況下，產(chǎn)生了比通常時(shí)候大的浪涌電壓，所以超過了IGBT10的耐壓，破壞了IGBT10。
在本發(fā)明中，著眼于從時(shí)刻T2到時(shí)刻T3的時(shí)間(為了方便，稱作“密勒期間”)和這時(shí)的柵極電壓(為了方便，稱作“密勒電壓VM”)。當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，肯定存在以下事實(shí)存在密勒期間(柵極電壓在電壓VM時(shí)變?yōu)橐欢?，在該期間的結(jié)束，集電極電流開始下降；密勒電壓的大小依賴于IGBT的集電極電流的大小。
因此，檢測(cè)密勒電壓，當(dāng)其比給定值大時(shí)，判斷為過電流，如果控制柵極電壓使之能緩慢地?cái)嚅_，就能減小關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓。在該方式中，在通常的情況下關(guān)斷快，因此能減小損失。另外，當(dāng)過電流時(shí)，在密勒期間之前的時(shí)間與通常時(shí)候同樣快地關(guān)斷，所以控制中很難發(fā)生延遲，而在密勒期間以后慢慢斷開，就抑制了浪涌電壓的發(fā)生，所以能保護(hù)IGBT。另外，根據(jù)本發(fā)明，檢測(cè)依賴于集電極電流的關(guān)斷時(shí)的密勒電壓，根據(jù)該值判斷是否為過電流。即，因?yàn)槟芨鶕?jù)密勒電壓值調(diào)節(jié)過電流檢測(cè)電平，所以能檢測(cè)出比以往的檢測(cè)柵極電壓的上升的方式低的過電流。
如圖1所示，本發(fā)明通過設(shè)置取樣信號(hào)發(fā)生電路7，能通過參照來自輸入控制信號(hào)的信號(hào)使其只在關(guān)斷時(shí)工作。
另外，取樣信號(hào)發(fā)生電路7具有使取樣時(shí)刻與密勒期間的開始時(shí)刻一致的功能。接收這個(gè)產(chǎn)生的取樣信號(hào)，柵極電壓檢測(cè)電路9能檢測(cè)這時(shí)的密勒電壓。
只當(dāng)柵極電壓檢測(cè)電路9檢測(cè)到過電流流過IGBT10時(shí)，對(duì)柵極電壓控制電路8進(jìn)行反饋。據(jù)此，只當(dāng)過電流時(shí)控制柵極電壓，慢慢斷開IGBT10。據(jù)此，能抑制關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓，能防止浪涌電壓導(dǎo)致的IGBT10的破壞。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，因?yàn)樵O(shè)置了取樣信號(hào)發(fā)生電路7、柵極電壓檢測(cè)電路9、柵極電壓控制電路8，所以柵極電壓檢測(cè)電路9只在關(guān)斷時(shí)工作。另外，因?yàn)橥ǔr(shí)候高速關(guān)斷，所以導(dǎo)通損失小。另外，通過調(diào)節(jié)密勒電壓檢測(cè)電平，能改變過電流檢測(cè)電平所以不用以往的大電流，在低的電流下也能檢測(cè)過電流，能進(jìn)行抑制浪涌電壓的發(fā)生的過電流保護(hù)。
在本實(shí)施例中，也能取得與上述的實(shí)施例1同樣的效果。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，圖1的取樣信號(hào)發(fā)生電路7由使用了電阻11、電容12的延遲電路和緩沖器13構(gòu)成，所以能降低成本。另外，通過使電阻11或電容12的值變化，能任意調(diào)整延遲時(shí)間。
在此，顯示了圖9所示的實(shí)施例4的取樣信號(hào)發(fā)生電路7的例子。在圖9中，對(duì)于圖7所示的實(shí)施例3的電路，又按圖9那樣追加連接了二極管15。二極管15與電阻11并聯(lián)，并且按輸入控制信號(hào)方向成為正向地連接。因?yàn)?，二極管15在正方向流過電流，所以僅在從電容12放電時(shí)，即輸入控制信號(hào)從HIGH變?yōu)長OW時(shí)，放電電流才通過二極管15流動(dòng)。因此，與實(shí)施例3的通過電阻11放電相比，本實(shí)施例能非?？斓胤烹?，所以，放電時(shí)的延遲時(shí)間幾乎變得不存在。據(jù)此，如圖10所示，只在從LOW變?yōu)镠IGH時(shí)延遲，當(dāng)從HIGH變?yōu)長OW時(shí)，就得到了與輸入控制信號(hào)同步的取樣信號(hào)。
如果使用該電路，當(dāng)關(guān)斷時(shí)，延遲一定時(shí)間產(chǎn)生取樣信號(hào)，相反當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，與輸入控制信號(hào)同步變?yōu)閿嚅_，所以不取樣。據(jù)此，與實(shí)施例1相比，可以取得更精確的取樣信號(hào)。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，因?yàn)樗鋈有盘?hào)發(fā)生電路7與實(shí)施例3同樣由使用了電阻11、電容12的延遲電路和緩沖器13構(gòu)成，所以能降低成本。另外，通過使電阻11或電容12的值變化，能任意調(diào)整延遲時(shí)間。
另外，在本實(shí)施例中，取樣信號(hào)發(fā)生電路7還具有與所述電阻11并聯(lián)、并且輸入控制信號(hào)成為正向的二極管15，所以當(dāng)從HIGH變?yōu)長OW時(shí)，能與輸入控制信號(hào)同步。因此，當(dāng)功率半導(dǎo)體元件導(dǎo)通時(shí)，取樣信號(hào)發(fā)生電路不會(huì)工作。
象實(shí)施例3那樣使用緩沖器時(shí)，由于緩沖器的閾值的偏移，取樣信號(hào)的輸出的延遲時(shí)間有可能偏移。但是當(dāng)象本實(shí)施例那樣，采用了使用比較器的結(jié)構(gòu)時(shí)，能減少輸出的偏移，能進(jìn)一步防止錯(cuò)誤動(dòng)作。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，因?yàn)槿有盘?hào)發(fā)生電路7包括輸出預(yù)先設(shè)定的給定的參考電壓的參考電路17、18、由電阻11以及電容12組成的延遲電路、檢測(cè)延遲電路的輸出電壓是比參考電壓大還是小的比較器16(電壓比較器)，所以能減小輸出取樣信號(hào)的延遲時(shí)間的偏移，能進(jìn)一步防止錯(cuò)誤動(dòng)作。
圖13表示了關(guān)斷時(shí)的動(dòng)作。在關(guān)斷時(shí)，當(dāng)輸入控制信號(hào)從LOW切換為HIGH時(shí)，節(jié)點(diǎn)14的電壓漸漸上升，達(dá)到AND元件24的閾值。因?yàn)椴迦肓朔聪嗥?1，所以節(jié)點(diǎn)25的電壓漸漸下降，成為比AND元件24的閾值小的值。如果節(jié)點(diǎn)25的電壓下降到AND元件24的閾值電壓小的值的時(shí)間比節(jié)點(diǎn)14的電壓達(dá)到AND元件24的閾值電壓的時(shí)間長，只在其間從AND元件24輸出取樣信號(hào)。
如上所述，在本實(shí)施例中，通過這樣的電路結(jié)構(gòu)能決定取樣信號(hào)的輸出期間。如果把取樣信號(hào)的輸出期間設(shè)定為比密勒期間短，就能防止密勒期間后的電流減少時(shí)的噪聲而導(dǎo)致錯(cuò)誤動(dòng)作。另外，圖1中雖然未顯示，但是，如果向外部電路輸出檢測(cè)到過電流時(shí)的檢測(cè)信號(hào)，在密勒期間結(jié)束的附近工作，柵極電壓控制電路8的動(dòng)作延遲，實(shí)際與通常斷開無關(guān)，能防止輸出檢測(cè)信號(hào)。
另外，根據(jù)本實(shí)施例，所述取樣信號(hào)發(fā)生電路7由使用了電阻11和電容12的延遲電路、以及由反相器21和電阻22組成的電路構(gòu)成，所以能降低成本。另外，通過使電阻11或電容12的值變化，能任意調(diào)整延遲時(shí)間。
這樣，當(dāng)使用了比較器16時(shí)，能減少AND元件24的閾值的偏移導(dǎo)致的取樣輸出的偏移。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，所述取樣信號(hào)發(fā)生電路7由以下部分構(gòu)成由輸出預(yù)先設(shè)定的給定參考電壓的參考電路17、18；用電阻11以及電容12組成的延遲電路；以及檢測(cè)所述延遲電路的輸出電壓比所述參考電壓大還是小的比較器26構(gòu)成的第一電路和第二電路；輸入了這些電路的輸出的AND元件24。因此，能減小取樣信號(hào)的輸出的延遲時(shí)間的偏移，能防止錯(cuò)誤動(dòng)作。
當(dāng)為圖15的電路時(shí)，結(jié)束點(diǎn)由于AND元件24的偏移而變動(dòng)，但是與不使用比較器16時(shí)相比偏移變小了。另外，當(dāng)監(jiān)視期間的開始點(diǎn)變動(dòng)時(shí)，監(jiān)視柵極電壓高的期間有可能產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)作；但是關(guān)于結(jié)束點(diǎn)，即使有些變動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)作的可能性也很小。
在圖17中，如果調(diào)整齊納二極管35、電阻17、18的值(根據(jù)情形，變更齊納二極管35在電阻18和接地點(diǎn)2之間的位置)，能設(shè)定電源電壓的變動(dòng)，以便變動(dòng)從柵極電壓開始下降到檢測(cè)出來為止的期間。當(dāng)電源電壓下降時(shí)，即使電流值相同，密勒期間的柵極電壓也下降。因此，由于柵極線的阻抗的影響等，到達(dá)柵極電壓一定的密勒期間之前的期間變長。因此，當(dāng)電源電壓下降時(shí)，如果設(shè)定為檢測(cè)期間變遲，就能防止這些影響導(dǎo)致的錯(cuò)誤動(dòng)作。另外，電源電壓下降時(shí)，因?yàn)榻拥攸c(diǎn)電位相對(duì)于發(fā)射極的差下降，所以密勒期間變長。因此，即使把檢測(cè)期間推遲到納入電源電壓下降時(shí)的密勒期間的范圍，也不會(huì)發(fā)生檢測(cè)延遲。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，取樣信號(hào)發(fā)生電路7的輸出期間不根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓，而根據(jù)所述輸入控制信號(hào)的斷開指令，在柵極電壓開始下降后用一定期間輸出，所以能防止監(jiān)視期間的偏移引起的錯(cuò)誤動(dòng)作。
另外，取樣信號(hào)發(fā)生電路7的輸出期間依賴于電源電壓，電源電壓越下降，就越推遲輸出期間，所以即使當(dāng)電源電壓下降時(shí)柵極電壓到達(dá)密勒期間的時(shí)間變長，也能防止錯(cuò)誤動(dòng)作。
圖18是表示本發(fā)明的實(shí)施例11的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)的電路圖。在本實(shí)施例11中，沒有所述實(shí)施例1～10中所示的取樣信號(hào)發(fā)生電路7，而是代替它新設(shè)置了定時(shí)檢測(cè)電路200。因?yàn)槠渌慕Y(jié)構(gòu)與圖1相同，所以這里省略了說明。
定時(shí)檢測(cè)電路200是一進(jìn)入密勒期間就輸出信號(hào)的電路。據(jù)此，進(jìn)入密勒期間后，就能立刻使柵極電壓檢測(cè)電路工作，能進(jìn)一步縮短從輸入控制信號(hào)到關(guān)斷為止的延遲時(shí)間。另外，因?yàn)閷?shí)施例11能直接從柵極電壓作出定時(shí)，所以不會(huì)對(duì)輸入控制信號(hào)的發(fā)生電路帶來多余的負(fù)載。
圖19表示了本發(fā)明的實(shí)施例11的定時(shí)檢測(cè)電路200的具體的電路例。在圖19中，1是電源，36是電容，37是節(jié)點(diǎn)，38是電阻，39是緩沖器。如圖19所示，電容36連接到柵極線，在電容36和電源1之間連接到電阻38。如圖所示，在設(shè)置在電阻38和電容36之間的節(jié)點(diǎn)37上連接到緩沖器39，從緩沖器39輸出的輸出信號(hào)輸入到柵極電壓檢測(cè)電路9中。
電容36和電阻38構(gòu)成高通濾波器。據(jù)此，只在柵電位急劇變化時(shí)，才在節(jié)點(diǎn)37產(chǎn)生脈沖。因此，通過調(diào)整電容36和電阻38的值，該電路能精確地檢測(cè)密勒期間。
本實(shí)施例的定時(shí)檢測(cè)電路200在進(jìn)入了密勒期間時(shí)能輸出信號(hào)。
如上所述，在本實(shí)施例中，因?yàn)樵O(shè)置定時(shí)檢測(cè)電路200，從柵極電壓直接檢測(cè)進(jìn)入密勒期間的時(shí)刻，所以一進(jìn)入密勒期間就能立刻使柵極電壓檢測(cè)電路9工作，能進(jìn)一步縮短從輸入控制信號(hào)到關(guān)斷為止的延遲時(shí)間，并且能防止給輸入控制信號(hào)的發(fā)生電路帶來多余的負(fù)載。
這樣，根據(jù)本實(shí)施例，設(shè)置了定時(shí)檢測(cè)電路200、柵極電壓檢測(cè)電路9、柵極電壓控制電路8。由于通過調(diào)節(jié)密勒電壓檢測(cè)電平，能改變過電流檢測(cè)電平所以不用以往那樣的大電流，即使是低的電流也能檢測(cè)過電流，能進(jìn)行抑制浪涌電壓的發(fā)生的過電流保護(hù)。另外，一進(jìn)入密勒期間就能立刻使柵極電壓檢測(cè)電路工作，能進(jìn)一步縮短從輸入控制信號(hào)到關(guān)斷的延遲時(shí)間。另外，因?yàn)閺臇艠O電壓直接作出定時(shí)，所以不會(huì)對(duì)輸入控制信號(hào)的發(fā)生電路產(chǎn)生多余的負(fù)載。
如圖19所示，因?yàn)槎〞r(shí)檢測(cè)電路200由使用了電阻38、電容36的延遲電路和緩沖器39構(gòu)成，所以能降低成本。另外，通過使電阻38或電容36的值變化，能任意調(diào)整延遲時(shí)間。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，柵極電壓檢測(cè)電路9具有連接到功率半導(dǎo)體元件的柵極線、把柵極電壓放大到給定的電平的電壓放大器40；連接到電壓放大器40、根據(jù)從定時(shí)檢測(cè)電路200輸出的信號(hào)進(jìn)行切換的開關(guān)41。因?yàn)槟馨褭z測(cè)的信息作為模擬值輸出，從而能應(yīng)用于可變的控制。
如上所述，因?yàn)楦鶕?jù)電流值唯一地決定了密勒電壓，所以如果把參考電壓設(shè)定為給定的密勒電壓的值，當(dāng)產(chǎn)生了比該值大的電流時(shí)，就能切換電壓比較器42的輸出。
在本例子中，因?yàn)闄z測(cè)柵極電壓值作為數(shù)字值輸出，雖然無法應(yīng)用于可變的控制，但是能構(gòu)成抗噪聲、很難產(chǎn)生誤動(dòng)作的電路。
齊納二極管49、電阻48、MOS晶體管47是決定是否使檢測(cè)電路工作的電路。如圖所示，齊納二極管49連接到取樣信號(hào)發(fā)生電路7或定時(shí)檢測(cè)電路200，MOS晶體管47連接到該齊納二極管49的另一端。在設(shè)置在齊納二極管49和MOS晶體管47之間的節(jié)點(diǎn)和接地點(diǎn)2之間連接到電阻48。如果通過取樣信號(hào)輸入了比齊納二極管49的擊穿電壓和MOS晶體管47的閾值電壓的和大的電壓，檢測(cè)電路就變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。這里，通過設(shè)置齊納二極管49，能控制導(dǎo)通時(shí)的電壓。另外，電阻48用于使齊納二極管49和MOS晶體管47之間的電荷放電。因此，當(dāng)不使用齊納二極管時(shí)，也可以沒有這些。
電阻55、電容53、緩沖器54是用于輸出檢測(cè)到的信號(hào)的電路。如圖所示，緩沖器54連接到柵極電壓控制電路8，在緩沖器54和電源1之間連接到電阻55。在設(shè)置在緩沖器54和電阻55之間的節(jié)點(diǎn)和接地點(diǎn)之間連接到電容53。這里，因?yàn)殡娙?3的電壓通過電阻55連接到電源1，所以總為HIGH。這里，緩沖器54接收電容的信號(hào)，進(jìn)行電流放大或電壓放大。因此，當(dāng)使用反相器代替緩沖器54時(shí)，邏輯顛倒，但是，因?yàn)閺拈_始就以這樣的邏輯結(jié)構(gòu)組織電路，所以沒有問題。
齊納二極管44、二極管45、50、電阻46、51、雙極晶體管52是用于檢測(cè)柵極電壓的電路。如圖所示，齊納二極管44連接到IGBT10的柵極線，二極管45連接齊納二極管44的另一端，在二極管45的另一端連接到電阻46。在電阻46上連接到上述的MOS晶體管47。在設(shè)置在二極管45和電阻46之間的節(jié)點(diǎn)與設(shè)置在上述的緩沖器54和電阻之間的節(jié)點(diǎn)之間，如圖所示，從二極管45一側(cè)按順序連接到二極管50、電阻51、雙極晶體管52。
以下，表示了本實(shí)施例的動(dòng)作方法。首先，當(dāng)MOS晶體管47為斷開時(shí)，在電阻46的兩端不產(chǎn)生電壓。因此，雙極晶體管52不導(dǎo)通，電容53的電荷不放電，保持HIGH不變。據(jù)此，輸出信號(hào)變?yōu)镠IGH。
而接收取樣信號(hào)，MOS晶體管47導(dǎo)通。這樣，當(dāng)MOS晶體管47的導(dǎo)通電阻足夠低時(shí)，可以認(rèn)為電阻46的一端為接地點(diǎn)電位。因此，加在電阻46上的電壓是從柵極電壓減去齊納二極管44的擊穿電壓和二極管45的正向?qū)妷汉蟮玫降碾妷骸?br> 據(jù)此，當(dāng)柵極電壓十分大時(shí)，加在電阻46上的電壓變得十分大，雙極晶體管52變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。因此，電容53的電壓通過雙極晶體管52向接地點(diǎn)放電，所以輸出信號(hào)變?yōu)長OW。
相反，當(dāng)柵極電壓十分低時(shí)，在電阻中不產(chǎn)生電壓。因此，雙極晶體管52保持?jǐn)嚅_的狀態(tài)，電容53的電荷不放電，輸出信號(hào)保持HIGH不變。
即，關(guān)于想判斷為過電流的電流值時(shí)的密勒電壓，選擇齊納二極管44的擊穿電壓，使電阻46中產(chǎn)生電壓。另外，調(diào)整取樣信號(hào)發(fā)生電路7或定時(shí)檢測(cè)電路200，使能檢測(cè)密勒期間時(shí)的柵極電壓即密勒電壓。據(jù)此，在本例子中，能判斷是否為過電流。
此外，變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)的雙極晶體管52能夠根據(jù)偏壓電流的大小改變集電極電流值，但是也能通過電阻51和電阻46的調(diào)整而改變。
另外，設(shè)置了二極管50，使反向沒有電流，但是也可以沒有二極管50。
另外，二極管45修正齊納二極管44的溫度特性，當(dāng)沒有溫度變化時(shí)，也可以不使用。
還有，緩沖器54是為了容易取得驅(qū)動(dòng)能力和邏輯合成而插入的，所以也可以沒有。
在穩(wěn)定的導(dǎo)通狀態(tài)下，如果從取樣信號(hào)發(fā)生電路7或定時(shí)檢測(cè)電路200向MOS晶體管47輸入了導(dǎo)通指令，電阻60被短路。在本實(shí)施例中，取樣信號(hào)直接輸入到MOS晶體管47中，但是如實(shí)施例14所示，也可以使用齊納二極管49、電阻48。因?yàn)殡娮?0被短路，所以比較器56的柵極電壓一側(cè)的輸入幾乎變?yōu)榻拥攸c(diǎn)電位，因?yàn)楸扔蓞⒖茧妷喊l(fā)生調(diào)整電路43輸入的電壓低，所以檢測(cè)不到。在斷開動(dòng)作時(shí)的密勒期間，從取樣信號(hào)發(fā)生電路7或定時(shí)檢測(cè)電路200輸出MOS晶體管47的斷開指令，MOS晶體管47關(guān)斷。據(jù)此，把用電阻59、60對(duì)柵極電壓分壓后的值輸入到比較器56中。當(dāng)該值比來自參考電壓發(fā)生調(diào)整電路43的輸入電壓高時(shí)，比較器56工作，輸出了檢測(cè)信號(hào)。比較器56的輸出通過電阻62連接到電源1，通過比較器56的動(dòng)作，輸出了HIGH或LOW，但是根據(jù)比較器56的輸入一側(cè)的連接法，能設(shè)定為在過電流時(shí)輸出LOW，在通常時(shí)候輸出HIGH，或在過電流時(shí)輸出HIGH，在通常時(shí)候輸出LOW，根據(jù)接收輸出信號(hào)的柵極電壓設(shè)定電路的狀態(tài)決定。
因此，如果采用本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，關(guān)于想判斷為過電流的電流值時(shí)的密勒電壓，如果調(diào)整電阻57、60，使把比較器56柵極電壓分壓的輸入比來自參考電壓發(fā)生調(diào)整電路43的輸入高，就能判斷是否為過電流，進(jìn)行輸出。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，柵極電壓檢測(cè)電路9具有輸出預(yù)先設(shè)定的給定的參考電壓的參考電壓發(fā)生調(diào)整電路43；連接到功率半導(dǎo)體元件的柵極線，并且檢測(cè)功率半導(dǎo)體元件的柵極電壓是比所述參考電壓大還是小的比較器56；連接到比較器56、并且根據(jù)從取樣信號(hào)發(fā)生電路7或定時(shí)檢測(cè)電路200輸出的信號(hào)而切換的開關(guān)47。因此，柵極電壓檢測(cè)電路9由比較器、用于產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓的電路和用由取樣信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行切換的開關(guān)構(gòu)成，把檢測(cè)到的信息作為數(shù)字值輸出，所以能構(gòu)成抗噪聲、很難發(fā)生誤動(dòng)作的電路。
在穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)下，從取樣信號(hào)發(fā)生電路7或定時(shí)檢測(cè)電路200向MOS晶體管47輸入了導(dǎo)通指令，輸出信號(hào)幾乎變?yōu)榻拥攸c(diǎn)電位。在斷開時(shí)的密勒期間，向MOS晶體管47輸入了斷開指令，MOS晶體管47關(guān)斷。當(dāng)密勒期間中的柵極電壓比參考電壓發(fā)生調(diào)整電路43的電壓高時(shí)，電流流過電阻66，在雙極晶體管64的基極發(fā)射極之間產(chǎn)生電壓，雙極晶體管64導(dǎo)通。因?yàn)殡娏髁鬟^電阻68、60，所以在電阻60中產(chǎn)生電壓，把該電壓作為輸出信號(hào)輸出。
因此，作為本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，關(guān)于想判斷為過電流的電流值時(shí)的密勒電壓，如果調(diào)整電阻57、58，使柵極的輸入電壓比來自參考電壓發(fā)生調(diào)整電路43的電壓的輸入高，就能判斷是否為過電流，并將其輸出。
Vg＝(Ve+Vgem)R2/(R1+R2) (1)Vgem由電流決定，不隨電源電壓變化，但是當(dāng)由于電源電壓變動(dòng)，發(fā)射極電源70的電壓Ve變化時(shí)，柵極電壓Vg變化。因此，檢測(cè)過電流的電流電平發(fā)生變化。
因此，如實(shí)施例15和16所示，當(dāng)使用參考電壓發(fā)生調(diào)整電路43時(shí)，即使電流值相同，如果使用合著因電源電壓的變動(dòng)所引起的柵極電壓變動(dòng)而輸出的電壓變動(dòng)的參考電壓發(fā)生調(diào)整電路43，在電源電壓變動(dòng)時(shí)，也能用相同的電流值檢測(cè)。
圖26表示了本發(fā)明的實(shí)施例17的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路。圖中表示了過電流檢測(cè)電路的具體結(jié)構(gòu)。在實(shí)施例15和16所示的參考電壓發(fā)生調(diào)整電路43的基礎(chǔ)上，在參考電壓發(fā)生調(diào)整電路43的電源1和電阻57之間插入了齊納二極管71。根據(jù)表達(dá)式(1)，一般發(fā)射極電壓Ve由電源電壓Vcc、穩(wěn)定時(shí)的柵極-發(fā)射極間電壓Vge，由Ve＝Vcc-Vge給出。因此，表達(dá)式(1)變?yōu)槿缦卤磉_(dá)式(2)。
Vg＝(Vcc-(Vge-Vgem))R2/(R1+R2) (2)據(jù)此，如果使齊納二極管71的電壓為Vge-Vgem，使參考電壓發(fā)生調(diào)整電路43的電阻57、58的電阻比與平衡電阻69和斷開時(shí)的柵電阻5的電阻比為相同程度，就能得到與想設(shè)定的電流值的柵極電壓相同的參考電壓發(fā)生調(diào)整電路43的電壓。通過用電壓比較器作比較，即使在電源電壓變動(dòng)時(shí)，也能用規(guī)定的電流檢測(cè)。因此，即使在電源電壓變動(dòng)時(shí)，也能防止未用想檢測(cè)的電流值檢測(cè)、而用比想檢測(cè)的電流值小的電流值檢測(cè)的誤動(dòng)作。當(dāng)象實(shí)施例15那樣，把柵極電壓再分壓進(jìn)行比較時(shí)，可以設(shè)定參考電壓發(fā)生調(diào)整電路的電阻，使成為與表達(dá)式(2)中再由分壓比分壓的值同樣的分壓比。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的柵極電壓檢測(cè)電路，即使在由于驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓的變動(dòng)、所述密勒電壓變動(dòng)時(shí)，對(duì)于過電流的檢測(cè)電平也不變化，當(dāng)規(guī)定值以上的電流流過時(shí)就輸出過電流檢測(cè)信號(hào)，所以即使在電源電壓變動(dòng)時(shí)，也能防止未用想檢測(cè)的電流值檢測(cè)、而用比想檢測(cè)的電流值小的電流值檢測(cè)的誤動(dòng)作。
這里為了說明，對(duì)一個(gè)元件使用一個(gè)二極管，但是沒必要非如此，只要作為全體溫度特性變?yōu)橄嗤涂梢粤?。另外，?dāng)使用了二極管時(shí)，因?yàn)樽鳛閷?dǎo)通電壓而輸入到雙極晶體管64的電壓發(fā)生變化，所以有必要調(diào)整齊納二極管71。另外，這里描述了使用雙極晶體管64時(shí)的情形，但是在其他方式中，也能同樣進(jìn)行對(duì)溫度的修正。
因?yàn)檫M(jìn)行了對(duì)溫度的修正，所以即使溫度變化時(shí)，也能防止未用想檢測(cè)的電流值檢測(cè)、而用比想檢測(cè)的電流值小的電流值檢測(cè)的誤動(dòng)作。
另外，所述柵極電壓檢測(cè)電路即使在由于驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓的變動(dòng)而使所述密勒電壓變動(dòng)時(shí)，對(duì)于過電流的檢測(cè)電平也不變化，當(dāng)流過了規(guī)定值以上的電流時(shí)就輸出過電流檢測(cè)信號(hào)，即使在電源電壓變動(dòng)時(shí)，也能防止未用想檢測(cè)的電流值檢測(cè)而用比想檢測(cè)的電流值小的電流值檢測(cè)的誤動(dòng)作。
另外，所述柵極電壓檢測(cè)電路即使當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路的溫度變動(dòng)時(shí)，對(duì)于過電流的檢測(cè)電平也不變化，當(dāng)流過了規(guī)定值以上的電流時(shí)就輸出過電流檢測(cè)信號(hào)，所以，即使在電源電壓變動(dòng)時(shí)，也能防止未用想檢測(cè)的電流值檢測(cè)、而用比想檢測(cè)的電流值小的電流值檢測(cè)的誤動(dòng)作。
柵極電壓控制電路是用于調(diào)整電流的斷開時(shí)的柵極電壓的電路。圖28是表示實(shí)施例1、11的柵極電壓控制電路8的具體例的電路圖。在圖28中，1是電源，2是接地點(diǎn)，3是P溝道的MOSFET，4、5是電阻，6是N溝道的MOSFET，10是IGBT，75是MOS晶體管，76是齊納二極管，77是電阻。在本例子中，柵極電壓控制電路8由MOS晶體管75、齊納二極管76和電阻77構(gòu)成。此外，符號(hào)1～6的結(jié)構(gòu)如上所述，構(gòu)成主反相器100。如圖所示，MOS晶體管75連接到柵極電壓檢測(cè)電路9，根據(jù)來自柵極電壓檢測(cè)電路9的檢測(cè)信號(hào)，在通常時(shí)候輸出HIGH，在過電流時(shí)輸出LOW。如圖所示，在MOS晶體管75上連接了齊納二極管76。電阻77連接到齊納二極管76和IGBT10的柵極線。因?yàn)樵陉P(guān)斷時(shí)輸入控制信號(hào)變?yōu)镠IGH，所以MOS晶體管3斷開，MOS晶體管6導(dǎo)通，因IGBT10的柵極電荷通過電阻5放電，IGBT10關(guān)斷。因此，為了產(chǎn)生了過電流時(shí)抑制急劇關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓，例如使從柵極放電的電荷量大致相同或更多的電荷流入柵極，柵極電壓就不會(huì)急劇下降，能抑制浪涌電壓的發(fā)生。
這里，因?yàn)镸OS晶體管75是P溝道晶體管，所以平常，來自柵極電壓檢測(cè)電路9的輸出信號(hào)為HIGH，當(dāng)產(chǎn)生了過電流時(shí)為LOW。這樣，因?yàn)镸OS晶體管75只在過電流時(shí)導(dǎo)通，所以在電阻77上外加了從電源1減去齊納二極管76的擊穿電壓和柵極電壓后的電壓。據(jù)此，充電電流通過電阻77流入IGBT10的柵極。因此，柵極電壓不會(huì)急劇下降，能抑制浪涌電壓的發(fā)生。
這里，當(dāng)流過電阻77的充電電流設(shè)定為比流過電阻5的放電電流小時(shí)，柵電位慢慢下降，所以IGBT10被緩慢地?cái)嚅_。
相反，當(dāng)設(shè)定為大時(shí)，柵電位被箝位在用齊納二極管76的擊穿電壓決定的某電位，不進(jìn)行關(guān)斷。這時(shí)，在本實(shí)施例中，柵極電壓檢測(cè)電路的輸出信號(hào)必然根據(jù)取樣信號(hào)重復(fù)ON、OFF，所以到下一下關(guān)斷時(shí)，柵極電壓檢測(cè)電路9的輸出信號(hào)變?yōu)镠IGH，恢復(fù)到通常狀態(tài)。因此，在接著的關(guān)斷動(dòng)作中，又恢復(fù)到能夠檢測(cè)的狀態(tài)。
須指出的是，如果在MOS晶體管75使用了N溝道晶體管，只要把對(duì)柵極的邏輯顛倒，就能取得同樣的效果。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，柵極電壓控制電路8具有連接到柵極電壓檢測(cè)電路9、根據(jù)來自柵極電壓檢測(cè)電路9的信號(hào)而切換的MOS晶體管75；連接在功率半導(dǎo)體元件的柵極線和MOS晶體管75之間的齊納二極管76。柵極電壓控制電路8可以隨意地連結(jié)上根據(jù)來自柵極電壓檢測(cè)電路9的輸出而切換的開關(guān)、齊納二極管、還有電阻，所以柵極電壓能緩慢下降，或箝位在某值。因此，能慢慢關(guān)斷，從而能抑制浪涌電壓的產(chǎn)生。另外，因?yàn)閺妮斎肟刂菩盘?hào)變?yōu)镠IGH到密勒期間為止是與通常的關(guān)斷同樣的延遲時(shí)間，所以只考慮所述延遲時(shí)間來設(shè)計(jì)產(chǎn)生輸入控制信號(hào)的控制電路就可以了，從而使設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。
圖29是表示與實(shí)施例19不同的柵極電壓控制電路8的具體例的電路圖。在圖29中，1是電源，2是接地點(diǎn)，3是P溝道MOSFET，4、5是電阻，6是N溝道MOSFET，10是IGBT，78是電阻，79是MOS晶體管。在本例子中，柵極電壓控制電路8由MOS晶體管79、電阻78構(gòu)成。此外，符號(hào)1～6的結(jié)構(gòu)如上所述，構(gòu)成主反相器100。如圖所示，MOS晶體管79連接到柵極電壓檢測(cè)電路9。在MOS晶體管79和IGBT10的柵極線上連接到電阻78。
在本實(shí)施例中，在通常時(shí)，MOS晶體管79為導(dǎo)通狀態(tài)。這時(shí)，主反相器的斷開電阻為電阻5和電阻78的合成電阻。另外，因?yàn)镹溝道MOS晶體管79變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，所以使柵極電壓檢測(cè)電路9的輸出信號(hào)輸出HIGH。
當(dāng)產(chǎn)生了過電流時(shí)，柵極電壓檢測(cè)電路9的輸出信號(hào)輸出LOW，所以MOS晶體管79變?yōu)閿嚅_。因此，主反相器100的斷開電阻變?yōu)橹挥须娮?，電阻值比平常大。據(jù)此，來自IGBT10的放電電流變得比平常小，所以慢慢地?cái)嚅_了IGBT10，抑制了浪涌電壓的產(chǎn)生。
圖30表示了不作任何控制時(shí)的IGBT的關(guān)斷波形。如圖30所示，輸入控制信號(hào)變?yōu)镠IGH，柵極電壓開始下降。如果變?yōu)榻咏芾掌陂g的結(jié)束，IGBT的集電極一發(fā)射極間電壓就上升。另外，因?yàn)镮GBT開始斷開，所以集電極電流開始急劇減少。據(jù)此，產(chǎn)生了非常大的浪涌電壓，例如在圖30的情況下，產(chǎn)生了439V。
而圖31是使用圖22和圖29所示的電路控制IGBT的柵極電壓時(shí)的IGBT的關(guān)斷波形。如圖31所示，從輸入控制信號(hào)延遲產(chǎn)生取樣信號(hào)，從而能檢測(cè)密勒期間的電壓。這里，因?yàn)闄z測(cè)為過電流，所以MOS晶體管79斷開。因此，主反相器100的斷開電阻變?yōu)橹挥须娮?，放電電流與通常時(shí)候相比，開始受到抑制。據(jù)此，柵極電壓一度上升后，慢慢下降。當(dāng)從圖31使用了本實(shí)施例20的電路時(shí)，產(chǎn)生的浪涌電壓小，變?yōu)?38V左右。即把浪涌電壓抑制在大約31％。
另外，作為本實(shí)施例上述效果以外的其他特征，從圖31可知，從輸入控制信號(hào)變?yōu)镠IGH到密勒期間為止是與通常的關(guān)斷同樣的延遲時(shí)間。因此，只考慮所述延遲時(shí)間來設(shè)計(jì)產(chǎn)生輸入控制信號(hào)的控制電路就可以了，從而使設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。
須指出的是，在本例子中，只使用了一組柵極電壓檢測(cè)電路、電阻78和MOS晶體管79，但是當(dāng)然也能把幾個(gè)由柵極電壓檢測(cè)電路、電阻78和MOS晶體管79構(gòu)成的組并聯(lián)排列，分多級(jí)控制放電電流，使柵極電壓變化。這時(shí)能進(jìn)行更細(xì)致的控制。
如上所述，在本實(shí)施例中，因?yàn)槿有盘?hào)發(fā)生電路7在密勒期間的開始附近的時(shí)刻產(chǎn)生了取樣信號(hào)，所以柵極電壓檢測(cè)電路9能檢測(cè)密勒電壓，通過當(dāng)密勒電壓為給定的閾值以上時(shí)判斷為過電流流過IGBT10，關(guān)斷損失小。當(dāng)過電流時(shí)，由柵極電壓控制電路8控制柵極電壓，能慢慢斷開IGBT10，所以能減小關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓，能實(shí)施過電流保護(hù)。
另外，所述柵極電壓控制電路具有連接到所述柵極電壓檢測(cè)電路并且根據(jù)來自柵極電壓檢測(cè)電路的信號(hào)而切換的MOS晶體管和連接在所述功率半導(dǎo)體元件的柵極線與所述MOS晶體管之間的電阻，由于來自所述電阻的輸出連接到所述主反相器的斷開一側(cè)開關(guān)，所以能慢慢使柵極電壓下降。因此，由于能慢慢關(guān)斷從而能抑制浪涌電壓的發(fā)生。另外，由于僅僅抑制了來自功率半導(dǎo)體元件的放電電流，所以貫通電流不會(huì)流過進(jìn)行功率半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通/斷開的開關(guān)的所述電路，消耗電流不會(huì)增加很多。另外，因?yàn)閺妮斎肟刂菩盘?hào)變?yōu)镠IGH到密勒期間為止是與通常的關(guān)斷同樣的延遲時(shí)間，所以只考慮所述延遲時(shí)間來設(shè)計(jì)產(chǎn)生輸入控制信號(hào)的控制電路就可以了，從而使設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。
圖32表示了與其它檢測(cè)電路組合的例子。在圖中，80是在導(dǎo)通狀態(tài)下檢測(cè)過電流的過電流檢測(cè)電路，81是根據(jù)來自外部的輸入指令輸出輸入控制信號(hào)的控制電路。作為過電流檢測(cè)電路80，使用了以往的例子中所示的利用柵極電壓的上升的檢測(cè)方式。當(dāng)在導(dǎo)通狀態(tài)下有過電流時(shí)，過電流檢測(cè)電路80向控制電路81輸出檢測(cè)信號(hào)，控制電路81接收來自過電流檢測(cè)電路80的輸出，斷開IGBT10。因此，不會(huì)長時(shí)間有過電流流過，從而能防止裝置的破壞。同時(shí)，過電流檢測(cè)電路80的檢測(cè)信號(hào)被輸出到柵極電壓控制電路8，柵極電壓控制電路8以比通常慢的速度斷開。據(jù)此，能抑制浪涌，能防止裝置的破壞。
另外，即使是過電流，當(dāng)它比過電流檢測(cè)電路80的檢測(cè)電平小時(shí)，在輸入了斷開指令時(shí)，柵極電壓檢測(cè)電路9判斷為過電流，柵極電壓控制電路8根據(jù)來自柵極電壓檢測(cè)電路9的檢測(cè)信號(hào)，以比通常慢的速度斷開。因此，抑制了浪涌，能防止裝置的破壞。
因此，通過采用本例的結(jié)構(gòu)，無論是在導(dǎo)通狀態(tài)有短路電流那樣的大的過電流流過時(shí)，還是過電流檢測(cè)電路80無法檢測(cè)的比較小的過電流，都能保護(hù)。
另外，由于用于驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路具有從外部輸入了輸入控制信號(hào)，并且進(jìn)行所述功率半導(dǎo)體元件導(dǎo)通/斷開的開關(guān)動(dòng)作的開關(guān)電路；檢測(cè)所述輸入控制信號(hào)、當(dāng)所述輸入控制信號(hào)指示斷開時(shí)，在所述功率半導(dǎo)體元件的密勒期間的大致開始時(shí)刻輸出取樣信號(hào)的取樣信號(hào)發(fā)生電路，或連接到所述功率半導(dǎo)體元件的柵極線、檢測(cè)功率半導(dǎo)體元件的密勒期間，并在在所述密勒期間的大致開始時(shí)刻輸出定時(shí)的定時(shí)檢測(cè)電路；連接到所述功率半導(dǎo)體元件的柵極線、按輸入所述取樣信號(hào)或定時(shí)信號(hào)的定時(shí)，檢測(cè)所述功率半導(dǎo)體元件的密勒電壓，當(dāng)所述密勒電壓為給定閾值以上時(shí)輸出過電流檢測(cè)信號(hào)的柵極電壓檢測(cè)電路；檢測(cè)導(dǎo)通狀態(tài)的柵極電壓，根據(jù)柵極電壓的上升檢測(cè)過電流，輸出導(dǎo)通時(shí)的過電流檢測(cè)信號(hào)的過電流檢測(cè)電路；連接到功率半導(dǎo)體元件的柵極線，接收來自所述柵極電壓檢測(cè)電路或來自所述過電流檢測(cè)電路的所述過電流檢測(cè)信號(hào)或所述導(dǎo)通時(shí)的過電流檢測(cè)信號(hào)，控制所述功率半導(dǎo)體元件的柵極電壓，使所述功率半導(dǎo)體元件以比通常更慢的速度斷開的柵極電壓控制電路。因此，無論是在導(dǎo)通狀態(tài)有短路電流那樣大的過電流時(shí)，還是對(duì)于過電流檢測(cè)電路80無法檢測(cè)的比較小的過電流，都能保護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于包括從外部輸入輸入控制信號(hào)的開關(guān)電路，用于進(jìn)行所述功率半導(dǎo)體元件導(dǎo)通/斷開的開關(guān)操作；取樣信號(hào)發(fā)生電路，用于檢測(cè)所述輸入控制信號(hào)，當(dāng)所述輸入控制信號(hào)指示斷開時(shí)，在所述功率半導(dǎo)體元件的密勒期間的大致開始時(shí)刻輸出取樣信號(hào)；與所述功率半導(dǎo)體元件的柵極線連接的柵極電壓檢測(cè)電路，該電路按輸入到所述取樣信號(hào)中的定時(shí)，檢測(cè)所述功率半導(dǎo)體元件的密勒電壓，當(dāng)所述密勒電壓為給定閾值以上時(shí)，輸出過電流檢測(cè)信號(hào)；連接到功率半導(dǎo)體元件的柵極線的柵極電壓控制電路，用于接收來自所述柵極電壓檢測(cè)電路的所述過電流檢測(cè)信號(hào)，控制所述功率半導(dǎo)體元件的柵極電壓，使所述功率半導(dǎo)體元件以比平常慢的速度斷開。
2.一種用于驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于包括從外部輸入了輸入控制信號(hào)的開關(guān)電路，用于進(jìn)行所述功率半導(dǎo)體元件導(dǎo)通/斷開的開關(guān)操作；連接到所述功率半導(dǎo)體元件的柵極線的定時(shí)檢測(cè)電路，用于檢測(cè)所述功率半導(dǎo)體元件的密勒期間，在所述密勒期間的幾乎開始時(shí)刻輸出定時(shí)信號(hào)；連接到所述功率半導(dǎo)體元件的柵極線的柵極電壓檢測(cè)電路，用于檢測(cè)所述功率半導(dǎo)體元件的密勒電壓，當(dāng)所述密勒電壓為給定閾值以上時(shí)，輸出過電流檢測(cè)信號(hào)；以及連接到功率半導(dǎo)體元件的柵極線的柵極電壓控制電路，用于接收來自所述柵極電壓檢測(cè)電路的所述過電流檢測(cè)信號(hào)，控制所述功率半導(dǎo)體元件的柵極電壓，使所述功率半導(dǎo)體元件以比通常慢的速度斷開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述取樣信號(hào)發(fā)生電路或所述定時(shí)檢測(cè)電路由具有電阻以及電容的延遲電路和緩沖器構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述取樣信號(hào)發(fā)生電路或所述定時(shí)檢測(cè)電路由輸出預(yù)先設(shè)定的給定的參考電壓的參考電壓發(fā)生電路、具有電阻以及電容的延遲電路和檢測(cè)所述延遲電路的輸出電壓是比所述參考電壓大還是小的電壓比較器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述取樣信號(hào)發(fā)生電路或所述定時(shí)檢測(cè)電路還具有與所述電阻并聯(lián)連接，并且所述輸入控制信號(hào)方向?yàn)轫樂较虻亩O管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述取樣信號(hào)發(fā)生電路或所述定時(shí)檢測(cè)電路的輸出期間設(shè)定為比所述功率半導(dǎo)體元件的密勒期間短。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述取樣信號(hào)發(fā)生電路或所述定時(shí)檢測(cè)電路的輸出期間設(shè)定為根據(jù)所述輸入控制信號(hào)的斷開指令，柵極電壓開始下降后的一定期間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述取樣信號(hào)發(fā)生電路或所述定時(shí)檢測(cè)電路的輸出期間依賴于電源電壓，電源電壓越下降，輸出期間越晚。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述柵極電壓檢測(cè)電路具有連接到所述功率半導(dǎo)體元件的柵極線的電壓放大器，用于把柵極電壓放大到給定的電平；以及連接到所述電壓放大器的開關(guān)，用于根據(jù)從所述取樣信號(hào)發(fā)生電路或所述定時(shí)檢測(cè)電路輸出的信號(hào)而進(jìn)行切換。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述柵極電壓檢測(cè)電路具有輸出預(yù)先設(shè)定的給定的參考電壓的參考電壓發(fā)生電路；連接到所述功率半導(dǎo)體元件的柵極線、檢測(cè)所述功率半導(dǎo)體元件的柵極電壓是比所述參考電壓大還是小的電壓比較器；以及連接到所述電壓放大器、根據(jù)從所述取樣信號(hào)發(fā)生電路或所述定時(shí)檢測(cè)電路輸出的信號(hào)而進(jìn)行切換的開關(guān)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述柵極電壓檢測(cè)電路當(dāng)所述密勒電壓隨驅(qū)動(dòng)電路的電源電壓的變動(dòng)而變動(dòng)時(shí)，不使對(duì)于過電流的檢測(cè)電平變化，當(dāng)規(guī)定值以上的電流流動(dòng)時(shí)，輸出過電流檢測(cè)信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述柵極電壓檢測(cè)電路既使在驅(qū)動(dòng)電路的溫度變動(dòng)時(shí)也不使對(duì)于過電流的檢測(cè)電平發(fā)生變化，當(dāng)規(guī)定值以上的電流流動(dòng)時(shí)，輸出過電流檢測(cè)信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述柵極電壓控制電路具有連接到所述柵極電壓檢測(cè)電路、根據(jù)來自所述柵極電壓檢測(cè)電路的信號(hào)而切換的MOS晶體管；以及連接在所述功率半導(dǎo)體元件的柵極線和所述MOS晶體管之間的齊納二極管。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于所述柵極電壓控制電路具有連接到所述柵極電壓檢測(cè)電路、根據(jù)來自所述柵極電壓檢測(cè)電路的信號(hào)而切換的MOS晶體管；連接在功率半導(dǎo)體元件的柵極線和所述MOS晶體管之間的電阻；以及來自所述MOS晶體管的輸出連接在所述開關(guān)電路的斷開一側(cè)的開關(guān)上。
15.一種功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體元件，其特征在于包括從外部輸入了輸入控制信號(hào)的開關(guān)電路，用于進(jìn)行所述功率半導(dǎo)體元件導(dǎo)通/斷開的開關(guān)操作；檢測(cè)所述輸入控制信號(hào)取樣信號(hào)發(fā)生電路，用于當(dāng)所述輸入控制信號(hào)指示斷開時(shí)，在所述功率半導(dǎo)體元件的密勒期間的大致開始時(shí)刻輸出取樣信號(hào)；連接到所述功率半導(dǎo)體元件的柵極線的柵極電壓檢測(cè)電路，用于按輸入所述取樣信號(hào)的定時(shí)檢測(cè)所述功率半導(dǎo)體元件的密勒電壓，當(dāng)所述密勒電壓為給定閾值以上時(shí)，輸出過電流檢測(cè)信號(hào)；過電流檢測(cè)電路，用于檢測(cè)導(dǎo)通狀態(tài)的柵極電壓，根據(jù)柵極電壓的上升檢測(cè)過電流，輸出導(dǎo)通時(shí)過電流檢測(cè)信號(hào)；以及與功率半導(dǎo)體元件的柵極線連接的柵極電壓控制電路，用于接收來自所述柵極電壓檢測(cè)電路的所述過電流檢測(cè)信號(hào)或來自所述過電流檢測(cè)電路的所述導(dǎo)通時(shí)過電流檢測(cè)信號(hào)，控制所述功率半導(dǎo)體元件的柵極電壓，使所述功率半導(dǎo)體元件以比平常慢的速度斷開。
全文摘要
提供一種能抑制過電流狀態(tài)下、在關(guān)斷時(shí)發(fā)生的浪涌電壓的功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)電路。該電路包括檢測(cè)輸入控制信號(hào)指示了斷開，在IGBT10的密勒期間的開始時(shí)刻輸出取樣信號(hào)的取樣信號(hào)發(fā)生電路7；按輸入取樣信號(hào)的定時(shí)分配檢測(cè)IGBT10的密勒電壓、在其為閾值以上時(shí)輸出過電流檢測(cè)信號(hào)的柵極電壓檢測(cè)電路9；接收該過電流檢測(cè)信號(hào)、控制IGBT10的柵極電壓使IGBT10以比平常慢的速度斷開的柵極電壓控制電路8。
文檔編號(hào)H02M1/00GK1445928SQ0310171
公開日2003年10月1日 申請(qǐng)日期2003年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月17日
發(fā)明者中山靖, 大井健史, 橋戶隆一 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社